1
光纤通信技术与应用江西师范大学通信系叶志清
2
内容 光纤光栅技术与应用
Part 1 光纤（ Optical Fiber）及光通信技术简介
Part 2 光纤光栅（ Optical Fiber Grating）
Part 3 光纤光栅的应用内 容
3
Part 1 光纤及光通信技术简介
4
通信波段划分及相应传输媒介频率 Hz
101
107
102
106
103
105
104
104
105
103
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101
108
100
109
10-1
1010
10-2
1011
10-3
1012
10-4
1013
10-5
1014
10-6
1015
自由空间波长（ m）
电力、电话 无线电、电视 微波 红外 可见光双铰线同轴电缆光纤卫星 /微波AM无线电 FM无线电频段划分传输介质电磁波谱的划分 光纤通信技术与应用
5
光纤及光通信技术简介 光纤通信技术与应用
光通信
– 用光波载运信息，实现通信
光纤通信
– 以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信
光纤通信的优点
频带宽、信息容量大
传输损耗低、无中继距离远
材料丰富
抗电磁干扰
光纤间串话小，保密性好
耐腐蚀、耐高压
体积小、质量轻
6
光通信的发展 光纤通信技术与应用光通信的发展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光潜望镜原理 —— 光波导之雏形
7
光纤基本理论 光纤通信技术与应用菲涅耳定律,n1sinθ1=n2sinθ2
n1
n2
n1<n2
θ1
θ2
n2
n1
n1>n2
θ2
θ1
结论：若要实现全反射，则必须有
n1>n2
8
光纤基本理论 光纤通信技术与应用
ΔnnnNA 212221
Φmax=arcsin(NA)
φ
n1
n2
9
可见，光纤的数值孔径（ NA）仅取决于纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差，
而于光纤的直径无关。
标准多模光纤的 NA公称值一般为 0.2，对应的孔径角约为 11.5o。
标准单模光纤的 NA公称值一般为 0.1～
0.15，对应的孔径角约为 5.7o~8.6o。
光纤基本理论 光纤通信技术与应用
10
光纤结构纤 芯 包 层 涂敷层 护 套光纤结构 光纤通信技术与应用单模光纤内径,9μm
多模光纤内径,50μm
外径,125μm尺寸规格：
11
光纤结构 光纤通信技术与应用两种常用光纤的结构及其折射率分布
12
机械手 Mechanical handle
Capstan
对中卡头 Three-jaw chuck
Modified Chemical Vapor Deposition
高温炉 Graphite furnace
测温仪 Pyro meter
分离及沉积处理 Separate deposition
测径仪 Fiber diameter Gauge
空气净化系统 Clear Air System
机械手 Mechanical handle
涂杯 Coat cup
对中 ition center control
光固化 vioiet Curing System
涂杯 Coat cup
对中 ition center control
光固化 Ultravioiet Curing System
对中 ition center control
热固化 Ultravioiet Curing System
涂杯 Coat cup
对中 ition center control
热固化 Ultravioiet Curing System
气相色谱 VaporPhase chromatogrameter
基 座高温炉配重排除尾气
13
光缆构成 光纤通信技术与应用常用光缆的典型构成
14
国外光纤技术发展情况光纤技术发展概况 光纤通信技术与应用
20世纪 60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在 400dB以上
1966年英国标准电信研究所高锟及 Hockham从理论上预言光纤损耗可降至 20dB/km以下
日本于 1969年研制出第一根通信用光纤损耗为 100dB/km
1970年康宁公司（ Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于 20dB/km和 4dB/km的低损耗石英光纤
1974年贝尔实验室（ Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。
到 1979年，掺锗石英光纤在 1.55μm 处的损耗已经降到 0.2dB/km
，这一数值已经十分接近由 Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极限
15
光纤技术发展概况 光纤通信技术与应用
1963年 开始光通信的研究
1977年，第一根短波长 (0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗为 300dB/km
1978年，阶跃光纤的衰减降至 5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤，即 G.651光纤
1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km。建成 5.7
km,8Mb/s光通信系统试验段
1980年 1300nm窗口衰减降至 0.48dB/km,1550nm窗口衰减为 0.29dB/km。
1981年多模光纤活动连接器进入实用
1984年 武汉、天津 34Mb/s市话中继光传输系统工程建成 (多模 )
1990年，研制出 G.652标准单模光纤，最小衰减达 0.35dB/km
1992年降至 0.26dB/km
国内现状
16
1991年，研制出 G.653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km
1997年，研制出 G.655非零色散位移光纤
,六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里光纤技术发展概况 光纤通信技术与应用虽然光纤光缆的研制仅短短的 20多年,其应用却已相当普遍 。 迄今,已敷设光缆长度超过 100万 km，
光缆已敷设到世界屋脊西藏 。 生产光缆的厂家有 200多家,每年所用光纤的数量超过 400万 km。 在实际网络中,无论是核心网还是接入网,目前主要应用的还是
G.652光纤 。 在核心网中新建线路已开始采用 G.655光纤,在接入网中已开始应用光纤带光缆 。 我国光通信领域已掌握了光纤,器件,系统等各方面的关键技术,
逐渐走进了国际光通信的先进行列 。 尤其在主要技术上,都有了自己的特色和创新 。
光纤通信技术与应用江西师范大学通信系叶志清
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内容 光纤光栅技术与应用
Part 1 光纤（ Optical Fiber）及光通信技术简介
Part 2 光纤光栅（ Optical Fiber Grating）
Part 3 光纤光栅的应用内 容
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Part 1 光纤及光通信技术简介
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通信波段划分及相应传输媒介频率 Hz
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自由空间波长（ m）
电力、电话 无线电、电视 微波 红外 可见光双铰线同轴电缆光纤卫星 /微波AM无线电 FM无线电频段划分传输介质电磁波谱的划分 光纤通信技术与应用
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光纤及光通信技术简介 光纤通信技术与应用
光通信
– 用光波载运信息，实现通信
光纤通信
– 以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信
光纤通信的优点
频带宽、信息容量大
传输损耗低、无中继距离远
材料丰富
抗电磁干扰
光纤间串话小，保密性好
耐腐蚀、耐高压
体积小、质量轻
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光通信的发展 光纤通信技术与应用光通信的发展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光潜望镜原理 —— 光波导之雏形
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光纤基本理论 光纤通信技术与应用菲涅耳定律,n1sinθ1=n2sinθ2
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n1<n2
θ1
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n1>n2
θ2
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结论：若要实现全反射，则必须有
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光纤基本理论 光纤通信技术与应用
ΔnnnNA 212221
Φmax=arcsin(NA)
φ
n1
n2
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可见，光纤的数值孔径（ NA）仅取决于纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差，
而于光纤的直径无关。
标准多模光纤的 NA公称值一般为 0.2，对应的孔径角约为 11.5o。
标准单模光纤的 NA公称值一般为 0.1～
0.15，对应的孔径角约为 5.7o~8.6o。
光纤基本理论 光纤通信技术与应用
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光纤结构纤 芯 包 层 涂敷层 护 套光纤结构 光纤通信技术与应用单模光纤内径,9μm
多模光纤内径,50μm
外径,125μm尺寸规格：
11
光纤结构 光纤通信技术与应用两种常用光纤的结构及其折射率分布
12
机械手 Mechanical handle
Capstan
对中卡头 Three-jaw chuck
Modified Chemical Vapor Deposition
高温炉 Graphite furnace
测温仪 Pyro meter
分离及沉积处理 Separate deposition
测径仪 Fiber diameter Gauge
空气净化系统 Clear Air System
机械手 Mechanical handle
涂杯 Coat cup
对中 ition center control
光固化 vioiet Curing System
涂杯 Coat cup
对中 ition center control
光固化 Ultravioiet Curing System
对中 ition center control
热固化 Ultravioiet Curing System
涂杯 Coat cup
对中 ition center control
热固化 Ultravioiet Curing System
气相色谱 VaporPhase chromatogrameter
基 座高温炉配重排除尾气
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光缆构成 光纤通信技术与应用常用光缆的典型构成
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国外光纤技术发展情况光纤技术发展概况 光纤通信技术与应用
20世纪 60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在 400dB以上
1966年英国标准电信研究所高锟及 Hockham从理论上预言光纤损耗可降至 20dB/km以下
日本于 1969年研制出第一根通信用光纤损耗为 100dB/km
1970年康宁公司（ Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于 20dB/km和 4dB/km的低损耗石英光纤
1974年贝尔实验室（ Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。
到 1979年，掺锗石英光纤在 1.55μm 处的损耗已经降到 0.2dB/km
，这一数值已经十分接近由 Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极限
15
光纤技术发展概况 光纤通信技术与应用
1963年 开始光通信的研究
1977年，第一根短波长 (0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗为 300dB/km
1978年，阶跃光纤的衰减降至 5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤，即 G.651光纤
1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km。建成 5.7
km,8Mb/s光通信系统试验段
1980年 1300nm窗口衰减降至 0.48dB/km,1550nm窗口衰减为 0.29dB/km。
1981年多模光纤活动连接器进入实用
1984年 武汉、天津 34Mb/s市话中继光传输系统工程建成 (多模 )
1990年，研制出 G.652标准单模光纤，最小衰减达 0.35dB/km
1992年降至 0.26dB/km
国内现状
16
1991年，研制出 G.653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km
1997年，研制出 G.655非零色散位移光纤
,六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里光纤技术发展概况 光纤通信技术与应用虽然光纤光缆的研制仅短短的 20多年,其应用却已相当普遍 。 迄今,已敷设光缆长度超过 100万 km，
光缆已敷设到世界屋脊西藏 。 生产光缆的厂家有 200多家,每年所用光纤的数量超过 400万 km。 在实际网络中,无论是核心网还是接入网,目前主要应用的还是
G.652光纤 。 在核心网中新建线路已开始采用 G.655光纤,在接入网中已开始应用光纤带光缆 。 我国光通信领域已掌握了光纤,器件,系统等各方面的关键技术,
逐渐走进了国际光通信的先进行列 。 尤其在主要技术上,都有了自己的特色和创新 。
